מֵידָע

האם אנחנו מקבלים 1/4 מהגנים שלנו מכל סבא וסבתא?

האם אנחנו מקבלים 1/4 מהגנים שלנו מכל סבא וסבתא?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

אני יודע שאנחנו מקבלים חצי מהגנים שלנו מכל הורה, אבל האם זה בהכרח אומר שאנחנו מקבלים 1/4 מהגנים שלנו מכל סבא וסבתא? או האם ייתכן שנקבל נגיד 30% מסבא וסבתא אחד, 20% מסבא או אחר, 15% מסבא וסבתא אחר, 35% מסבא אחר?


כבר עניתי על שאלה דומה בעבר: "כמה גנים אנחנו חולקים עם אמא שלנו?".

זה לא שאתה "מקבל חצי מהגנים שלך" מכל הורה, וכך רבע מכל סבא וסבתא, זה שאתה יורש את גרסאות של הגנים (לכולנו יש את אותם הגנים 'אותם').

השיטה הקובעת אילו תכונות עוברות בירושה מכל הורה על ידי הצאצאים ידועה כקומבינציה הומולוגית, ותהליך זה הוא (בעיקרו) אקראי, ובכך אתה מסתיים עם ~50% מהתכונות שלך (ה אללים של הגנים) מכל הורה, ו~25% מכל סבא וסבתא, אז אתה צודק מהבחינה הזו.

אולם זוהי הכללה; בשל האופי המקרי של הרקומבינציה, זה סביר לחלוטין שאתה עשוי לרשת יותר תכונות מסבא וסבתא אחד בהשוואה לאחר, אבל זה ייחודי לכל פרט (למעט כמובן תאומים זהים גנטית).


אני מסכים עם האדם למעלה. אבל אולי נכון יותר לומר שאנו מקבלים 1/4 מכלל ה- DNA שלנו מכל אחד מהסבים והסבים שלנו, כי למרות שהגנים באמת חשובים לקודד לחלבונים ספציפיים, יש ביניהם טונות של DNA לא מקודד. למעשה, 98% מהגנום שלנו אינו מקודד! למרות שאנו מגלים פונקציות חדשות מדהימות עבור ה-DNA הזה לאט אבל בטוח. אבל חשוב לחשוב על זה כ- 1/4 מה- DNA שלך ולא על גנים מכיוון שזה נמצא ב- DNA הלא מקודד הזה שבו יכולות להתרחש הרבה מוטציות, והמוטציות האלה הן מה שאנו יורשים ועושים דברים כמו טביעת אצבע של DNA לצורך זיהוי פלילי ניתוח אפשרי, כמו ב- CSI.

רק רציתי להוסיף עוד שלוש מחשבות:

למרות שזה נכון ש-1/4 מה-DNA שלך יגיע מכל סבא וסבתא, זה נכון רק לגבי הגנים האוטוזומליים שלך, לא בהכרח לגבי כרומוזומי המין שלך. כרומוזום ה- X אכן מתאחד מחדש באופן קבוע אצל האם, אך אצל האב ה- X וה- Y אינם מתאחדים מחדש. (למעשה אני חושב שחלק מה-Y יכול להשתלב מחדש, אבל לרוב, החלק הקובע את המין של ה-Y והגנים הקשורים אליו נשארים שלמים לחלוטין). זה אומר שאם אתה זכר, אביך, אביו ואביו חולקים כולם את אותו כרומוזום Y.

בנוסף עבור הנשים, מכיוון שהאישה מייצרת את הביצית, ובכך את כל האברונים העובריים המוקדמים וה-RNA's, האישה תורמת את ה-DNA המיטוכונדריאלי, שיש לו קבוצות משלו של גנים שהם באמת חשובים ונקשרו למחלות רבות. כך שכל ילד של אישה, חולק את ה- DNA המיטוכונדריאלי של אמם, כפי שהיא חולקת את אמה של אמה ואת אמה וכו '.

אם ~ 1/4 מה- DNA שלנו מגיע כל סבא וסבתא, אז 1/8 מה- DNA שלך מגיע מכל סבא וסבתא. אז 1/16 מה- DNA שלנו מגיע מכל סבא וסבא רבא, שהם סבא וסבתא של סבא שלך. וכך הוא ממשיך באופן אקספוננציאלי כלפי מעלה. התוצאה היא שמגיע שלב שבו אבותיך תרמו כל כך מעט ל-DNA האמיתי שלך, שהוא הופך כמעט זניח. אז אם אתה אמריקאי, שסביר להניח שיש לו אבות קדמונים מכל העולם, גם אם יש לך סבא-רבא-רבא-רבא-רבא אחד שהיה מהגר צרפתי בעוד ששאר אבותיך היו כולם בריטים, ה-DNA הצרפתי הוא רק 1/64 מסך ה-DNA שלך. אז גם אם אתה תמהיל שלם, מגיע שלב שבו כל כך הרבה אנשים שונים תרמו לכך שאתה אתה, שתוכל להקים נתח ופשוט לומר, 3/4 מאבות אבותיי נולדו באמריקה, אני ' אני אמריקאי!


בני אדם אינם מקבלים אפילו 1/4 מה- DNA מכל סבא וסבתא.

הסיבה העיקרית היא שמיוזה אינה פיצול מדויק של 50/50. תאי הורה עוברים מיוזה כדי לשלב מחדש את כרומוזומי הסבים ולייצר קבוצה של כרומוזומים שיעבירו לילד. תהליך זה אינו פיצול מדויק של 50/50 ולכרומוזומים המיוצרים יהיו יותר מדנ"א של סבא או סבא אחד מהשני.

הסיבה השנייה היא שלכרומוזומים שונים יש אורכי זוג בסיסים DNA שונים. לכן, בעוד שכל אדם מקבל בדיוק 23 כרומוזומים גרעיניים מכל הורה, לחלק מאותם כרומוזומים יש יותר זוגות בסיס DNA מאשר לאחרים, וילדים מקבלים כמות שונה של תוכן זוג בסיס DNA מכל הורה.


למרות שאתה חולק 50% מהכרומוזומים שלך עם כל הורה, זה לא בהכרח כך שכל אחד מארבעת הסבים שלך תרם 25% מהכרומוזומים שלך. בהתעלמות מהשפעות הרקומבינציה, הכרומוזומים בכל גמטה (תחשבו ביצית או תא זרע) הם באקראי מסבא וסבתא אחד או מהשני. ייתכן, למשל, ש-23 הכרומוזומים בתא זרע יהיו (פחות או יותר) אותם 23 כרומוזומים בדיוק שהזכר הזה ירש מאביו. ישנם 2^23, או כ-8.3 מיליון, שילובים שונים של כרומוזומים אפשריים עבור הגמטה של ​​אורגניזם דיפלואידי עם 23 כרומוזומים. יתכן שהגמטה מקבל חלוקה שווה קרוב ל-50:50, אבל יתכן גם שהגמטה קיבלה 100:0 מה שהופך את הצאצאים למעשה לא קשורים לאחד מסבא וסבתא שלהם. לא סביר, אבל זה לא ממש בלתי אפשרי.


יש תופעה המכונה הטבעה גנומית שבה האלל של הגן יתבטא רק אם הוא יועבר מהאב (למשל IGF2). זה אומר שלמרות שאותם גנים עוברים גם מאביך וגם מאמך, רק העותק מאביך יבוא לידי ביטוי. לכן, למרות שאתה מקבל 50% מה- DNA שלך מההורה שלך (ובאופן סביר 25% מהסבא שלך), אותו גן יכול להתבטא באופן דיפרנציאלי תלוי ממי אתה מקבל אותם).


קבצי אבולוציה של היפ הופ: תכונות תורשתיות מול תכונות תורשתיות

קיבלתי הרצאת אורח עבור פרופסור במוסד החדש שלי. הוא מלמד קורס אקדמי לתואר ראשון באבולוציה. זה היה הדבר הציבורי הראשון שעשה ד"ר לי לפני המחלקה לזואולוגיה. הייתי עצבני (אני תמיד עצבני לפני שאני נותן כל סוג של מצגת). הזהרתי את הפרופסור, גם בחור צעיר שהייתי רוצה להעביר הרצאת היפ הופ אבולוציה ונתתי קישור לבלוג הקודם שלי, הכול על היפ הופ ואבולוציה - SouthernPlayalisticEvolutionMusic - הוא הוזהר מראש. מכיוון שזו הייתה הפעם הראשונה שהעברתי את 'סגנון' ההרצאות שלי לשיעור אבולוציה ישר, רציתי להיות בטוח שההרצאה שלי רלוונטית. החלטתי להתמקד בהבהרת מושגים מבולבלים לעתים קרובות באבולוציה. לאחר דיון קצר עמו, החלטתי להתחבר למושגים שהוא הרצה לאחרונה: ברירה טבעית, הסתגלות וגנטיקה של אוכלוסיות.

פתחתי את העניינים בדיון על הביטוי Survival of the Fittest והקדמתי עם הערות הרצאה ב-Hip Hop Evolution Files: Quick & Dirty Explanation of Natural Selection מאת הפוסט של Daft Punk. בהתחשב בביקורת של קארן ג'יימס, נכנסתי להסבר מלא על האבולוציה למארקיאן ועל הטעות של מאמץ הפרט המתערבב כתורם להסתגלות.

הבחירה למרקקית מתמקדת באינדיבידואל והאינדיבידואל יכול 'לעצב' את התכונות המדוברות. בניגוד לברירה לרמרקית, הברירה הטבעית מתמקדת באוכלוסיה ופועלת על בסיס שונות של התכונות. שהדגשתי בפני התלמידים הם פנוטיפים (P). למרות תשומת הלב הרבה שמדענים רבים מקדישים לתשומות גנטיות של תכונות, גנים (G) הם רק חצי מהסיפור - אם עד כדי כך. אני משתתף בצוות השפעות סביבתיות (E).

אבל אין ספק, אנשים ומאמצים שלהם עדיין חשובים. אחרי הכל, אם אדם מת לפני שהוא עוזב צאצאים - מכל סיבה שהיא - אז זה משפיע על מה שנמצא במאגר הגנים/פנוטיפים הקולקטיבי לברירה הטבעית לעבוד איתו. אתה מבין? מה שמביא אותנו לעוד מפתל ביולוגיה אבולוציונית: תורשתיות ו תוֹרָשָׁה ומבדיל תכונות תורשתיות ו תכונות תורשתיות.

תוֹרָשָׁה הוא עם הסבירות או ההסתברות של תכונות שרצות במשפחות. עם זאת, חשוב לזכור כי תכונה יכולה להיות תורשתי בשל גנטיקה (G) או סביבה (E) - אותו טיעון של כל הטבע לעומת טיפוח. השפעות סביבתיות או טיפוח כוללות הרגלים, התנהגויות, כמו גם חוויות פיזיות/רגשיות/פסיכולוגיות. קרובי משפחה מפגינים לעתים קרובות הרגלים והתנהגות דומים ואנו חולקים איתם גם חוויות.

מבחינה גנטית אנו חולקים מחצית מהגנים שלנו עם כל אחד מהורינו ורבע מאותם גנים כמו כל אחד מהסבים והסבתות שלנו. את הגנים האלה אנו מקבלים ישירות מההורים/סבים, אנחנו לָרֶשֶׁת מהם, כמו גם התכונות שיש לנו שנקבעות על ידי הגנים האלה.

עם זאת, ההרגלים, ההתנהגויות והחוויות המשותפים שלנו אינם גנטיים, אבל הם עדיין תכונות תורשתיותיש סבירות גדולה שאנו חולקים את התכונות האלה עם קרובינו. תורשה האם הסבירות לקבל משהובמילים אחרות, אתה עשוי לקבל את זה. זה לא אוטומטי - כמו תורשה גנטית, אבל הסיכויים נראים טוב. הדבר החשוב שיש לזכור הוא זה תכונות תורשתיות מועברים ישירות מההורים לילדיםואילו תכונות תורשה אינן בהכרח גנטיות.

לסיכום, נתנו לתלמידים לבצע חידון קטן ומהיר כדי לבדוק אם הם יכולים להבחין בין תכונות תורשתיות לתכונות תורשתיות. בוא נראה איך אתה מסתדר. נגן את הבית הראשון.

אה, מאיפה היא מביאה את העיניים שלה? היא מקבלת את זה מאמא שלה.

ירש. צבע העיניים נקבע על ידי כללים גנטיים פשוטים של מנדל. אתה מקבל גן מאמא ואבא שלך.

הו, מאיפה היא מורידה את ירכיה? היא מקבלת את זה מאמא שלה.

ירש. אך זכור גם כמה השפעות סביבתיות כמו הרגלי אכילה ופעילות גופנית שאמא ובת יכולות להיות במשותף.

מאיפה היא לומדת לבשל? היא מקבלת את זה מאימא שלה.

תורשתי. אין גנים לבישול או שמישהו יהיה טבח טוב, שאני בטוח שנעורים מתפרצים עליו. מי נותן אביזרים לטבח גרוע?

אה, מאיפה היא מביאה את המבטים האלה? היא מקבלת את זה מאמא שלה.

זה יכול להיות שניהם. גנים למבנה הפנים והגוף עוברים בתורשה מההורים, אבל האופן שבו אישה מציגה את עצמה - כמו סגנון הלבוש - הוא לרוב השפעה סביבתית ורוב הנשים הצעירות מעצבות את הסגנון הזה אחרי אמהותיהן.

אבל מאיפה היא מביאה את התחת הזה? היא מקבלת את זה מאמא שלה.

בירושה, אך ראה התייחסות לירך.

אבל מאיפה היא מביאה את הכיתה שלה? היא מקבלת את זה מאימא שלה.

תורשתי. צאצאים לרוב 'קולטים' נטיות התנהגותיות מהורים ומאנשים אחרים במעגל החברתי שלהם.

הו, מאיפה היא מביאה את החזה הזה? היא מקבלת את זה מאימא שלה.

בירושה, אך ראה התייחסות לירך.

מאיפה היא לומדת איך להתלבש? היא מקבלת את זה מאמא שלה.

תורשתי, אך ראה התייחסות כיתתית.

מאיפה היא מביאה את השכל שלה? היא מקבלת את זה מאימא שלה.

תלוי. אם הוא מתכוון שהיא עלולה להיות חולת נפש זה יכול לעבור בתורשה. כמה הפרעות נפשיות נובעות מתקלות גנטיות, אבל אני מנחש שהוא מתכוון לדרך הכללית שלה להתנהג בפומבי. יש לה אימון ביתי טוב או רע, ולכן היא תורשתית.

מאיפה היא משיגה את ההכנסה שלה? היא מקבלת את זה מאמא שלה.

יכול להיות שניהם. בתרבויות אנושיות, צאצאים לרוב יורדים עושר מהורים, והועברו ישירות מדור לדור. כמובן שזה לא גנטי, אבל הכלל של 'מועבר ישירות מהורה לילד' אומר שזה עובר בתורשה. עם זאת, הכנסה היא גם תורשתית, במובן זה שלעתים קרובות ילדים ממלאים את אותן בחירות עיסוק כמו הוריהם.

תראה, מאיפה היא מביאה את ההליכה הזו? היא מקבלת את זה מאמא שלה.

מקהלה (אני חושב שזה מדבר בעד עצמו)

אישה גדולה וטובה תגרום לך לחייך כשהיא חולפת על פניך,

לעזאזל הבחורה הזאת סקסית, גם אמא שלה התחתנה.

אישה גדולה וטובה תגרום לך לחייך כשהיא חולפת על פניך,

לעזאזל הבחורה הסקסית הזאת, גם לאמא שלה יש תחת.

הדעות המובאות הן של המחברים (ים) ואינן בהכרח דעותיהם של סיינטיפיק אמריקן.

מידע על המחבר/ים

DNLee היא ביולוגית והיא חוקרת התנהגות של בעלי חיים, יונקות ואקולוגיה. היא משתמשת במדיה חברתית, חוויות מדעיות חווייתיות לא פורמליות, ושואבת מתרבות ההיפ הופ כדי לשתף מדע עם קהלים כלליים, במיוחד קבוצות מצומצמות.


בדיקת DNA אוטוזומלית פתחה את העולם החדש והאמיץ עבור גנאלוגים. יחד עם ההזדמנות הזו מגיעה איזושהי תסכול ולפעמים ייאוש לסלק כל פיסת מידע אפשרית מתוצאות אוטוזומליות, ולפעמים לגרום לדחיפת מעטפת מה שהטכנולוגיה וה- DNA יכולים לספר לנו.

לעיתים קרובות יש לי לקוחות שרוצים שאסתכל על תוצאות ה- DNA מאנשים שמספר דורות מוסרים זה מזה ומנסים לקבוע אם אבות אבות, למשל. למרות שזה אפשרי למדי בדורות הראשונים, ככל שאפשר ללכת אחורה בזמן, כך אנו יכולים לומר הרבה יותר מהימנות על אופן העברת ה- DNA. מכאן שככל שנוכל לומר פחות, באופן מהימן, על מערכות יחסים בין אנשים.

הכי טוב שאנחנו יכולים לעשות הוא לדבר בממוצע. זה כמו הטלת מטבע. הוציאו מטבע עכשיו והפכו אותו 10 פעמים. פשוט עשיתי, ולא קיבלתי 5 ראשים ו -5 זנבות, מה שהממוצע היה מנבא. אך הממוצעים מורכבים ממספר רב של תוצאות המחולקות במספר האירועים בפועל. זה לא אותו דבר כמו להגיד שאם אחד חוזר על האירוע 10 פעמים שיהיו לך 5 ראשים ו-5 זנבות, או הממוצע. כל אחד מ -10 התהפוכות הם עצמאיים לחלוטין, כך שתוכל לקבל כל אחת מ -11 תוצאות שונות:

  • 0 ראשים 10 זנבות
  • ראש אחד 9 זנבות
  • 2 ראשים 8 זנבות
  • 3 ראשים 7 זנבות
  • 4 ראשים 6 זנבות
  • 5 ראשים 5 זנבות
  • 6 ראשים 4 זנבות
  • 7 ראשים 3 זנבות
  • 8 ראשים 2 זנבות
  • 9 ראשים 1 זנב
  • 10 ראשים 0 זנבות

מה שהממוצע כן אומר הוא שבסופו של דבר, סביר להניח שיש לך ממוצע של 5 ראשים ו-5 זנבות - וככל שסדרת האירועים גדולה יותר, כך גדל הסיכוי שתגיע לממוצע הזה.

10 סיבובי האירוע הבודד שלי היו 4 ראשים ו-6 זנבות, ברור שלא הממוצע. אבל אם עשיתי 10 סדרות של הטלות מטבע, אני מהמר שהממוצע שלי יהיה 5 ו -5-וב -100 טלטולים, כמעט מובטח שיהיה 50-50 – מכיוון שהאוכלוסייה, או מספר האירועים, גדלו עד כדי כך שם הממוצע כמעט מובטח.

אתה יכול לראות לעיל, כי למרות שהממוצע אכן ממפה ל 5-5, או כלל 50-50, התוצאות של התהפוכות הבודדות אינן מכבדות את הכלל הזה ואינן קשורות לתוצאה הממוצעת הסופית. לדוגמה, אם קבוצה אחת של התהפוכות היא לגמרי זנבות וסט אחד של סלטים הוא כולו ראשי, הממוצע הוא עדיין 50/50 וזה כלל אינו משקף את האירועים בפועל.

וכך זה הולך גם עם ירושה.

עם זאת, באנו לצפות כי כלל 50% חל לרוב. אנחנו יודעים שזה בהחלט קורה עם ההורים. אנחנו כן מקבלים 50% מה-DNA שלנו מכל הורה, אבל איזה 50%?. משם זה יכול להשתנות, כלומר אנחנו לא בהכרח מקבלים 25% מה- DNA של כל סבא וסבתא. אז בעוד שאנחנו מקבלים 50% בסך הכל מכל הורה, אנחנו לא בהכרח מקבלים כל קטע או מיקום אחר, אז זה לא כמו ערבוב קלפי רובה שבו כל קלף אחר מפוזר.

אם רצף ה- DNA של אחד ההורים הוא:

לא ניתן להניח שילד יקבל כל אלל אחר, המוצג באדום למטה.

ט א ג ז ט א ג ז ט א ג ז

הילד יכול לקבל כל חלק מהקטע הספציפי הזה, כולו או אף אחד ממנו.

אז אם אתה לא מקבל כל אלל אחר מהורה, אז איך אתה מקבל את ה- DNA שלך וכיצד מתרחשת חלוקה זו של 50%? השורה התחתונה היא שאנחנו לא יודעים, אבל אנחנו לומדים. מאמר זה הוא תוצאה של חווית למידה.

עם הזמן, גנאלוגים גנטיים התחילו לצפות שסביר יותר שנקבל 25% מה-DNA שלנו מכל סבא וסבתא - וזה נכון סטטיסטית כשיש מספיק אירועי ירושה. זה משקף את הציפייה שלנו לסטיית התקן, שבה כ-2/3 מהתוצאות יהיו בטווח הקרוב של 25% בכל כיוון של המרכז. אתה יכול לראות כאן סטיית תקן צפויה.

המשמעות היא שהייתי מצפה שתרשים תדרי ירושה ייראה כך.

בגרף זה למעלה, כמחצית מהזמן, אנו יורשים 50% מה- DNA של כל קטע מסוים, ובשאר הזמן אנו יורשים סכום שונה, כאשר הסכומים הנחלים בתדירות הגבוהה ביותר קרובים לסימן 50% ולרף יוצאי דופן הופכים נדירים יותר ויותר ככל שאתה מתקרב ל -0% ול -100% מקטע מסוים.

אך האם ניבוי זה מתקיים כאשר איננו מדברים על מאות אירועים ... כשאנחנו לא מדברים על גנטיקה של אוכלוסיות ... אבל הגנטיקה המשפחתית שלנו, כלומר אירוע העברה אחד, מהורה לילד? כי אם הגורם הצפוי של 50% לא מתקיים, אז זה משפיע באופן דרמטי על מה שאנחנו יכולים להגיד על מידת הקשר שלנו למישהו לפני 5 או 6 דורות וכיצד נוכל לנתח נתוני כרומוזומים בודדים.

כבר תקופה שאני לא מרגיש בנוח עם המצב הזה, ושכיחותן הגוברת של עדויות אנקדוטליות גרמה לי להיות יותר ויותר לא נוח.

ישנם מקרים אנקדוטיים חוזרים ונשנים של מקטעים משמעותיים ה"מחזיקים "על כנם במשך דורות רבים. סטטיסטית, זה לא אמור לקרות. כשזה אכן קורה, אנחנו, כגנאולוגים גנטיים, רואים את עצמנו ברי מזל להיות אחד מ-1% בקצה הספקטרום, שהקארמה הגנטית חייכה אלינו. אבל האם זה נכון? האם אנו נמצאים בקצה 1% המזל של הספקטרום?

תופעה זו מוצגת בבירור בפרויקט Vannoy בו 5 בני דודים היורדים מאליהו ואנוי שנולדו בשנת 1786 חולקים חלק משמעותי מאוד מכרומוזום 15. אנשים אלה כולם 5 דורות או יותר קשורים רחוק יותר מהאב הקדמון המשותף, (דודים רביעי משוער) ו צריך לחלוק פחות מ -1% מה- DNA שלהם בסך הכל, ובוודאי שלא בקטעים גדולים ובלתי נשברים. כפי שאתה יכול לראות, למטה, זה לא המקרה. איננו יודעים מדוע או כיצד חלק מה-DNA מתגבש כך ומועבר במקטעים שלמים (או כמעט שלמים), אבל ברור שהם כן. לעתים קרובות אנו מכנים אותם "מקטעים דביקים" מחוסר מונח טוב יותר.

הורדתי את המידע על כרומוזום 15 לגיליון אלקטרוני שבו אוכל למיין אותו לפי כרומוזום. למטה תוכלו לראות את הקטעים בכרומוזום 15 שבהם בני הדודים האלה תואמים לי.

אורכו של כרומוזום 15 הוא בסך הכל 141 ס"מ ויש לו 17,269 SNPs. לכן, בחמישה דורות שהוסרו, היינו מצפים לראות אנשים אלה חולקים בסך הכל 4.4 ס"מ ו -540 SNP, או פחות לאנשים קרובים יותר. זה יהיה מתחת לסף ההתאמה ב-Family Tree DNA או 23andMe, כך שהם לא יוצגו כהתאמות כלל. ברור שזה לא המקרה עבור 5 בני הדודים האלה.הדנ"א הזה התקיים והועבר בשלמותו עבור 25 אירועי ירושה בודדים שונים (5 בני דודים כפול 5 אירועים, או דורות, כל אחד.) כתבתי על כך בכותרות המאמר "מדוע יחסי בני הדודים שלי צפויים לא נכונים?"

לבסוף, היה לי לקוח שפשוט לא היה מוכן לקבל תשובה, רציתי נואשות לדעת את מערכת היחסים הצפויה מבחינה גנטית בין שני גברים שחיו בשנות ה -1700, והרגשתי חובה לבדוק את התורשה הדורתית יותר.

בערך באותו זמן עבדתי עם גפרורים משלי ב- 23andMe. שניים מהילדים שלי בדקו גם שם, בן ובת, כך שכל ההתאמות שלי בגיל 23andMe מתאימות לי כמובן, ואולי יתאימו לילדים שלי. זה הציג את ההזדמנות המושלמת לחקור את כמות ה-DNA המועברת בכל אירוע תורשה ביני לבין שני הילדים.

בעזרת הדוחות בכתובת www.dnagedcom.com הצלחתי להוריד את כל ההתאמות שלי לגיליון אלקטרוני, אך לאחר מכן להוריד גם את כל האנשים ברשימת ההתאמות שלי שכל ההתאמות שלי מתאימות להם.

אני יודע, זה היה עיוות לשון. אולי דוגמא תעזור.

אני תואם את ג'ון דו. רשימת ההתאמות שלי נראית כך ונמשכת 353 שורות.

אני מתאים לג'ון דו רק בכרומוזום אחד במקום אחד. אבל למצוא מי עוד ברשימת ההתאמות שלי של 353 אנשים שג'ון איילה מתאים זה חשוב כי זה נותן לי רמזים למי קשור למי וצאצא מאותו אב קדמון. זה נכון במיוחד אם אתה מזהה חלק מהאנשים שההתאמה שלך תואמת, כמו בן דודך הראשון, למשל. זה מרמז, למטה שג'ון דו קשור אלי דרך אותו אב קדמון כמו בן דוד שלי הראשון, במיוחד אם ג'ון מתאים לי עוד יותר אנשים שחולקים את האב הקדמון הזה. אם בן דוד שלי ואני מתאימים את ג'ון דו באותו קטע, זה מרמז מאוד על כך שהקטע הזה מגיע מאב קדמון משותף, כמו בדוגמה הקודמת של Vannoy.

לכן, באופן שיטתי עברתי והורדתי את כל התאמות ההתאמות שלי (מרשימת ההתאמות שלי) כדי לראות מי נמצא גם ברשימה שלו, ובניתי לעצמי גיליון אלקטרוני גדול. תרגיל זה הוא נושא למאמר אחר. הדבר החשוב בתהליך זה הוא שכמה DNA כל אחד מהילדים שלי תואם לג'ון דו אומר לי בדיוק כמה DNA שלי כל אחד מילדי ירש ממני, לעומת אביהם, בקטע ה- DNA הזה.

בדוגמה שלעיל, אני מתאים את ג'ון דו בכרומוזום 11 מ -37,000,000-63,000,000. כשמסתכלים על 50% הירושה הצפויה, או התפלגות נורמלית, שני הילדים שלי צריכים להתאים את ג'ון דו בחצי מזה. אבל תראה מה קרה. שני ילדי ירשו כמעט את כל אותו DNA שהייתי צריך לתת. שניהם ירשו מעט פחות מבחינת המרחק הגנטי (cM) וגם מבחינת מספר ה- SNP.

זה סוג מידע זה שגרם לי יותר ויותר ספקן לגבי כלל סטיית התקן של עקומת פעמון של 50% כפי שמיושם על גנטיקה אינדיבידואלית, לא אוכלוסייה. עקומת הפעמון, כמובן, מרמזת שהאחוזון של 50% הוא הסביר ביותר אפילו להתרחש, כאשר ה-49 הוא הסביר ביותר, וכו'.

נראה כי הדבר אינו נכון. למעשה, בדוגמה אחת זו בלבד, יש לנו שתי דוגמאות לכך שכמעט 100% מהנתונים מועברים, ולא 50% בכל אירוע ירושה. זה סוג העדויות האנקדוטליות החד פעמיות שגרמו לי אי-נוחות יותר ויותר.

רציתי משהו יותר מאשר הוכחות אנקדוטיות. העתקתי את כל פרטי ההתאמה לעצמי ולילדים שלי עם הגפרורים שלי לגיליון אלקטרוני אחד. ישנם שני מדדים גנטיים שניתן להשתמש בהם, סנטימרגנים (cM) או סך SNP. אני משתמש ב-cM עבור הדוגמאות הללו, אלא אם כן אציין אחרת.

בסך הכל היו 594 אירועי ירושה שהוצגו כשידוכים ביני לבין אחרים, לבין אותם אחרים וילדי.

לאחר ניתוח נוסף של אותם אירועי ירושה, 6 מהם למעשה לא היו אירועי ירושה ממני. במילים אחרות, האנשים האלה התאימו לי ולילדי על כרומוזומים שונים. זה אומר שההתאמות לילדים שלי לא היו דרכי, אלא מהצד של אביהם או היו IBS, בירושה על ידי המדינה.

התרשים הראשון הזה מעניין ביותר. כולל כל אירועי הירושה, 55% מהמקרים, הילדים שלי לא קיבלו אף אחד מה- DNA שהייתי צריך לתת להם. וואו נלי. זה לא מה שציפיתי לראות. הם "היו צריכים" לקבל חצי מה-DNA שלי, אבל במקום זאת, חצי מהזמן, הם לא קיבלו אף אחד.

יתרת הזמן, הם קיבלו חלק מה- DNA שלי 23% מהזמן וכל ה- DNA שלי 21% מהזמן. זה גם לא מה שציפיתי לראות.

יתר על כן, יש רק אירוע ירושה אחד שבו אחד מילדי ירש בפועל בדיוק מחצית ממה שהיה לי להציע, כך שפחות מ -1% בשיעור של .1%. במילים אחרות, מה שציפינו לראות קרה בפועל הכי פחות והיה נדיר באופן גורף כשלא הסתכלו על ממוצעים אלא על אירועי ירושה בפועל.

בואו נדבר על נתון ה"אין "הזה לדקה. במקרה זה, אף אחד לא ממש מדויק, אבל אני לא יכול להיות מדויק יותר. אף אחד לא אומר ש- 23andMe לא הראו התאמה. סף ההתאמה שלהם הוא 7 ס"מ (מרחק גנטי) ו -700 SNPS עבור קטע ההתאמה הראשון, ולאחר מכן 5 ס"מ ו -700 SNPS עבור מקטעי התאמה משניים. עם זאת, אם יש לך יותר מ-1000 התאמות, מה שכן, ההתאמות מתחילות "ליפול", הקטנות ביותר תחילה, כך שאינך יכול לדעת מה סף ההתאמה הפונקציונלי עבורך או עבור האנשים שאתה מתאים. אנחנו יכולים רק לנחש, בהתבסס על הספים שפורסמו.

אז בואו נסתכל על זה אחרת.

מתוך 329 הפעמים שילדיי לא קיבלו אף אחד מה- DNA שלי, 105 מהשידורים הללו צפויים להיות מתחת לסף של 700 ס"מ, בהתבסס על חישוב של 50% של כמה סמ"רים שהתאימתי לאדם. עם זאת, לא כל אותם אירועים צפויים היו למעשה מתחת לסף, ושידורים רבים שלא היו צפויים להיות מתחת לסף זה. לכן, 224, או 68% מאותם אירועי "אין" לא היו צפויים אם מסתכלים על כמה מהדנ"א שלי הילד צפוי לרשת ב -50%.

אנומליה מאוד מעניינת נוספת שצצה מיד היא מספר המקרים שבהם הילדים שלי ירשו יותר ממה שהייתי צריך לתת להם. בדוגמה למטה, אתה יכול לראות שאני תואם את ג'יין איילה עם 15.2 ס"מ ו- 2859 SNP, אבל הבת שלי מתאימה לג'יין עם 16.3 ס"מ ו 2960 על אותו כרומוזום.

ישנן מספר אפשרויות להסביר זאת:

  • הבת שלי גם מתאימה לאדם הזה מצד אביה בנקודת המעבר הזו.
  • הבת שלי מתאימה לאדם הזה IBS בשלב זה.
  • תוכנת ההתאמה 23andMe מנסה לפצות על קריאות שגויות.
  • יש קריאות שגויות או אין שיחות בקובץ שלי.

יתכן כמובן שיש שילוב של מספר גורמים אלה, אך סביר להניח שהעובדה שהיא IBS במיקום זה והתוכנה התואמת מנסה להיות נדיבה כדי לפצות על שיחות אפשריות וקריאות שגויות. אני מציע זאת מכיוון שהם כמעט אחידים בכמויות קטנות מאוד.

לכן כשהילדים שלי מתאימים לי ב-100% או יותר, פשוט ספרתי את זה כהתאמה מדויקת. הופתעתי מכמה מהמקרים האלה היו. רובם היו מעט מעל הערך של 2 בעמודה "זמנים צפויים". כדי להסביר כיצד טור זה פועל, ערך של 1 הוא הכמות הצפויה - או 50% מה- DNA שלי. ערך של 2 אומר שהילד ירש את כל ה-DNA שהיה לי להציע במיקום זה. כל ערך מעל 2 פירושו שאחת או יותר מהאפשרויות המובילות לעיל התרחשו.

בין שני הילדים שלי, היו בסך הכל 75, או 60% עם ערכים גבוהים מ-2 ב-cMs ו-96, או 80%, ב-SNPs, כלומר הילדים שלי התאימו לאנשים האלה על יותר DNA במיקום הזה ממה שהייתי צריך. הַצָעָה. הטווח היה בין 2 ל-2.4 למעט התאמה אחת שהייתה ב-3.7. זה בהחלט יכול להיות התאמה תקפה (הורה אחר).

לאחרונה נערך דיון רב בנושא ירושת כרומוזומי X. במקרה זה, ה- X יהיה כמו כל כרומוזום אחר, מכיוון שיש לי שני Xs לשלב מחדש ולתת לילדי, כך שלא הסרתי התאמות X מהחישובים הללו. ה- X מוצג כרומוזום 99 כאן ו- 23 בתרשימים כדי לאפשר מיון/גרף עמודות נכון.

בתרשים שלהלן, אירועי ירושה מתואמים לפי כרומוזום. הטורים "סה"כ" הם האירועים המשולבים של בני ובתי כאחד. העמודים הכחולים והורודים הם אירועי הירושה של שניהם, השווים כמובן לסך הכל.

הטור "אין" משקף שידורים על הכרומוזום ההוא שבו ילדי לא קיבלו אף אחד מה- DNA שלי. הטור "קצת" משקף אירועי שידור שבהם הילדים שלי קיבלו חלק מה- DNA שלי בין 0 (אין) ל -100% (כולם). העמודה "הכל" משקפת אירועים שבהם הילדים שלי קיבלו את כל ה-DNA שהיה לי להציע.

הגרף מציג את כל אירועי התורשה בין שני ילדי לפי כרומוזום. מספר 23 בתרשימים אלה הוא כרומוזום X.

מספרי הירושה האלה גורמים לי לתהות מה קורה עם כרומוזום 5 גם בתי וגם לבני, וגם כרומוזום 6 עם בני. אני תוהה אם זה יהיה אחיד בין משפחות ביחס לכרומוזום 5, או שזו פשוט חריגה באירועי הירושה המשפחתית שלי. נראה מוזר שאותה חריגה תתרחש אצל שני הילדים.

מה שזה מראה הוא שאנחנו לא מתמודדים עם עקומת התפלגות שבה רוב האירועים נמצאים ברמה של 50% ואלו שאינם קרובים בהדרגה לרמת 50% משני הקצוות. במילים אחרות, תדירות הירושה הצפויה היא לא מה שנמצא.

העקומה בפועל, המבוססת על אירועי הירושה שנצפו כאן, מוצגת להלן, כאשר כל אירוע שהיה מעל לשווי 2, או 100%, מנורמל ל -2 גרף זה שונה באופן דרמטי מהתדירות הצפויה, למעלה.

כשמסתכלים על זה מתברר מיד שאנחנו יורשים או כלום מקטעי ה- DNA של ההורים 85% מהזמן, ורק כ -15% מהזמן אנחנו יורשים רק חלק מקטעי ה- DNA של ההורים שלנו. לעתים רחוקות מאוד הנתח שאנו יורשים הוא למעשה 50%, עשירית מאחוז מהזמן.

עכשיו, כשאנחנו מבינים שירשת דורות אינדיבידואלית איננה אירוע עקומת פעמונים 50-50, מה זה אומר לנו כגנאלוגים גנטיים?

ביקשתי מחבר הגנאלוג הגנטי, ד"ר דייוויד פייק, מתמטיקאי שיבדוק את זה והוא הציע את הפרשנות הבאה:

"ככל שמערכות היחסים מתרחקות, מספר גושי ה-DNA שצפויים להיות משותפים פוחת מאוד. ברגע שירד לבלוק אחד, אז באמת יש שלוש תוצאות להורשה שלאחר מכן: או שהגוש מועבר שלם, שום חלק ממנו לא מועבר, או שמתרחשת ריקומבינציה וחלק ממנו מועבר הלאה. אם נתעלם מאפקט רקומבינציה זה (אשר לעתים רחוקות אמור להשפיע על בלוק קטן) אזי הבלוק יועבר בצורה של הכל או לא כלום. בעצם אין דרך ביניים עם בלוקים קטנים ואפילו עם המון דוגמאות לא הגיוני לצפות לממוצע של 50%. כאנלוגיה, קחו בחשבון את האוכלוסייה האנושית: כשמחצית מאיתנו הנשים וכמחצית מאיתנו גברים, האדם הממוצע “ צריך לפיכך להיות אנדרוגני, ובכל זאת מעט מאוד אנשים הם אכן אנדרוגינים. "

במילים אחרות, גם אם יש לך קטע שאורכו 10 ס"מ, לא מדובר בהטלת מטבע, מדובר בהטלת מטבע אחת וזה יהיה הכל, כלום או חלק ממנו, וזה סביר יותר מפי 6 להיות הכל או כלום מאשר להיות ירושה חלקית.

אז איך נפתור את העובדה שכאשר אנו בוחנים את 700,000 המיקומים שנבדקו ב- DNA של Family Tree ואת 600,000 המיקומים שנבדקו ב- 23andMe, אנו יכולים למעשה להשתמש בממוצעים לחיזוי מערכות יחסים, לפחות אצל אנשים קרובים, אבל אנחנו לא יכולים להשתמש באותה מתודולוגיה במצבים בודדים מסוג זה? ישנם אירועי ירושה רבים שנלקחים בחשבון, 600,000 – 700,000, סכום גבוה מספיק מבחינה מתמטית כדי להתגבר על בעיות הירושה האישיות. במילים אחרות, ברמה זו אנו יכולים לנצל ממוצעים. עם זאת, כאשר אנו עוברים את מודל האוכלוסיה הגדול יותר, המודל הפרטני פשוט אינו מתאים יותר לירושת אירוע אינדיבידואלי – במילים אחרות, בהסתכלות על פלחים בודדים.

ד"ר פייק היה אדיב מספיק כדי להסביר זאת במונחים מתמטיים, אבל כאלה שכולנו יכולים להבין:

"אני חושב שחלק ממה שעומד על הפרק הוא ההבחנה בין אירועים מתמשכים לעומת אירועים בדידים. אלו הם מונחים מתמטיים, אז כדי להמחיש בדוגמה, קו המספרים מ-0 עד 10 הוא רציף וכולל את *כל* המספרים ביניהם, כגון 2.55, pi וכו'. מודל בדיד, לעומת זאת, יכלול רק מספר סופי של אלמנטים, כגון רק אחד עשר המספרים השלמים מ -0 עד 10 כולל. במודל הנפרד אין שום דבר בין אלמנטים עוקבים (כגון 3 ו -4), בעוד שבמודל הרציף יש ביניהם אינסוף אלמנטים.

זה לא שונה מהשוואה של ספקטרום שלם מול קומץ סופי של כמה אפשרויות. במקרים מסוימים ההבחנה מטושטשת בקלות, כגון אם אתה מבצע סקר ומבקש מאנשים לדרג פוליטיקאי בסולם נפרד של 0 עד 10 … במקרה זה הגיוני אינטואיטיבי לומר כי הדירוג הממוצע של הפוליטיקאי היה 7.32 (לדוגמה) למרות ש-7.32 לא הייתה אחת מהאפשרויות בסולם הדיסקרטי.

בתחום ה- DNA, נניח שבני הדודים אליס ובוב חולקים זה עם זה 9 גושי DNA ואנו שואלים כמה בלוקים צפויים לחלוק עם בנה שטרם נולד בוב. התשובה היא דיסקרטית, ולכל בלוק יש סיכוי של 50/50 בערך אנו מצפים שסביר להניח שיהיו 4 או 5 בלוקים משותפים לאליס ובוב ג'וניור, אם כי האקראיות שלו עלולה לגרום לכל מקום בין 0 ל -9 מתוך בלוקים משותפים. למרות שאין זה הגיוני מעשית לומר כי סביר להניח כי ארבע וחצי וחצי 8221 בלוקים יחולקו [טוב, אלא אם כן נאפשר רקומבינציה לפצל בלוק ובכך לייצר בלוק משותף וחצי ”], יש עדיין יש נוחות אינטואיטיבית באומרו כי 4.5 הוא הממוצע של מה שהיינו מצפים לו, אך במציאות, 4 או 5 בלוקים משותפים.

אבל כשאנחנו מגיעים למצב הקיצוני של היותנו רק בלוק אחד, שהאפשרויות הבודדות שלו חולקות רק 0 או 1 בלוק, כן או לא, ההיכרות הנוחה שלנו עם המודל הרציף נכשלת בנו. יש כאן הרבה אנלוגיות, כמו מה הממוצע של הטלת מטבע, מה התשובה הממוצעת לשאלה נכון/לא נכון, מה המין הממוצע של האוכלוסייה וכו'.

מודלים דיסקרטיים עם הרבה אפשרויות יכולים לשמש כקירוב טוב של מצבים מתמשכים, ולהיפך, וזה כנראה חלק ממה שאשם בבלבול כאן.

באמת תורשת DNA היא בדידה, אבל עם הרבה מאוד מקטעים אפשריים [כגון אם נחלק את הגנום למקטעים של 10 ס"מ ונשאל כמה מהמקטעים האבהיים של אליס יעברו בירושה על ידי אחד מילדיה, נוכל לברוח עם מודל רציף ובעצם אומרים שהתשובה היא בערך 50%. אבל אם יש 3000 בלוקים אלה, התשובה בפועל היא אחד המספרים השלמים: 0, 1, 2, …, 2999, 3000. המציאות בדידה למרות שאנו אוהבים את המודל הרציף לחיזויו.

עם זאת, מצבים בדידים עם מעט מאוד אפשרויות פשוט לא ניתנים למודל רציף".

בחזרה למצב שלנו בו אנו מנסים לקבוע מערכת יחסים של 2 גברים שנולדו במאה ה-17 שצאצאיהם חולקים היום שברי DNA. כאשר אנו רואים קטע גדול במיוחד של דנ"א, איננו יכולים להניח הנחות לגבי גיל או כמה זמן הוא קיים על ידי "הנדסה לאחור" הנתיב שלו לאב קדמון משותף על ידי הכפלת כמות הדנ"א בכל דור. במילים אחרות, בהתבסס על העדויות שאנו רואים לעיל, סביר להניח שהיא הועברה בשלמותה, לא חולקה. במקרה של ה-DNA של Vannoy, נראה שהקצוות גולחו כמה פעמים, אבל רוב הקטע הועבר בשלמותו. למעשה, אינך יכול להכפיל את הדנ"א שירש כל אדם 5 פעמים, כיוון שבמקרה אחד לפחות, באסטר, הכפלת סך ה- cM התואם שלו, 100, אפילו פעם אחת יניב מספר סמ"ק גדול יותר מכרומוזום 15 ב -141 ס"מ.

לעומת זאת, כשאנחנו לא רואים התאמות DNA, למשל, אצל אנשים ש"יהיו צריכים "להיות בני דודים רחוקים, גם אנחנו לא יכולים להסיק מסקנות לגבי זה. אם הדנ"א לא עבר בדור הראשון - ועל פי המספרים שראינו זה עתה - 58% לא עברו כלל, ו -26% עברו בשלמותו, ונותרו רק כ -15% לקבל חלק כלשהו מה- DNA של הורה אחד, שהוא באופן אחיד לא 50% למעט מקרה אחד בכמעט 1000 אירועים (.1%) - אז כל ההימורים לדורות הבאים כבולים - הם לא יכולים לרשת את החצי שלהם אם החצי שלהם כבר נעלם או לא היה ' t חצי מלכתחילה.

בהתבסס על מודל מתמטי, הסתברות לרקומבינציה, ד"ר פייק אומר את זה:

אם אני קוראת נכון, לבלוק של 10 ס"מ יש סיכוי של 10% להתפצל לחלקים במהלך תהליך הקומבינציה של תפיסה בודדת. למרות ש -10% אינם זניחים לחלוטין, הם קטנים מספיק בכדי שנוכל לשקול את כל התוצאות הדומיננטיות.

זוהי הסיבה הבסיסית לכך שחברות בודקות מהססות לחזות מערכות יחסים ספציפיות - הן בדרך כלל חוזות טווחי מערכות יחסים - בן דוד ראשון עד שלישי, למשל, בהתבסס על שילוב של ממוצעים - של אחוזי ה-DNA המשותף, מספר מקטעים, גודל הפלחים, מספר SNPs וכו 'לחברת הבדיקות, כמובן, אין ידע על האופן שבו ה- DNA האינדיבידואלי שלנו עבר או הועבר בפועל, כלומר כמה DNA אבות אנו מקבלים או לא מקבלים, כך שהם חייב להסתמך על אותם ממוצעים, שהם אמינים מאוד כמודל אוכלוסייה מתמשך, וכנראה, הרבה פחות כאירועים בודדים בדידים.

הייתי מציע שלמרות שיש לנו מדגם גדול מספיק של אירועי ירושה ביני לבין שני ילדיי כדי להיות רלוונטי סטטיסטית, זה לא מחקר גדול מספיק כדי להסיק מסקנות גורפות כלשהן. אחרי הכל, מדובר בשלושה אנשים בלבד ואנחנו לא יודעים איך הנתונים האלה עשויים להחזיק מעמד בהשוואה למדגם גדול בהרבה של אירועי ירושה משפחתית. הייתי רוצה לראות 100 או 1000 סוגים אלה של לימודים.

הייתי מעוניין מאוד לראות כיצד המידע הזה מחזיק מעמד לכל אחד אחר שיהיה מוכן לבצע את אותו סוג הורדת מידע של הנתונים שלהם לצורך ירושה של הורים/אחים מרובים. אני אעשה בשמחה את הגיליון האלקטרוני שלי עם החישובים זמין כתבנית לכל מי שרוצה לעשות את אותו סוג מחקר.

אני תוהה אם היינו רואים כרומוזומים מסוימים שתמיד יש להם גורמי ירושה דוריים גבוהים או נמוכים יותר, כמו ספייק “one ” שאנו רואים בכרומוזום 5.אני תוהה אם היינו רואים דפוס עקבי של ילדים זכרים או נשים היורשים פחות או יותר (כולם או אף אחד מהם) מהוריהם. אני תוהה אילו סוגי מידע אחרים יחשפו את עצמם במחקר גדול יותר, ואם זה היה מאפשר לנו "לשקול" התאמה של מידע לפי כרומוזום או כרומוזום/מין, ולחדד את היכולת שלנו להבין את הקשרים הגנטיים שלנו ולנבא במדויק יותר מערכות יחסים.

אני רוצה להודות לד"ר דיוויד פייק על סקירתו וסיועו במאמר זה ובפרט, על היותו סבלני עד אין קץ והפיכת יישום המתמטיקה לגנטיקה מובנת עבור לא-מתמטיקאים. אם תרצו לראות דוגמה לעבודתו המקצועית של ד"ר פייק, הנה אחד המסמכים שלו. אתה יכול למצוא את דף האינטרנט האישי שלו כאן ואת כלי ניתוח ה- DNA הנפלאים שלו כאן.

אני מקבל תרומה קטנה כאשר אתה לוחץ על כמה מהקישורים לספקים במאמרים שלי. זה לא מגדיל את המחיר שאתה משלם אבל עוזר לי להדליק את האורות ואת הבלוג האינפורמטיבי הזה בחינם לכולם. אנא לחץ על הקישורים במאמרים או על הספקים למטה אם אתה רוכש מוצרים או בדיקות DNA.


קרל צימר: "אל לנו להסתכל על הגנים שלנו כדי למצוא דרך מהירה לשפר את החיים"

קרל צימר נדיר בקרב כותבי מדעים מקצועיים בהיותו בעל השפעה בקרב המדענים שעליהם הוא כותב ומעיר - במידה שהוא היה מונה לתפקיד נציג פרופסור בתוך ה מחלקת ה מולקולרית ביופיזיקה ו ביוכימיה באוניברסיטת ייל. צימר פרסם רק את שלו ה-13 בוזק,יש לה צחוק של אמא שלה, א סקר "העוצמה, העיוותים והפוטנציאל של תורשה".

מהו המסר העיקרי של הספר לגבי היחס שלנו לתורשה?
התורשה היא מרכזית בקיומנו וכיצד אנו מגדירים את עצמנו. אבל זה לא מה שאנחנו חושבים שזה. זה לא רק גנים, למשל. גם אנחנו יורשים תרבות, ואולי אפילו יש ערוצי תורשה אחרים. והאופן שבו גנים מאפשרים תורשה אינו תואם את הרעיונות הנפוצים שלנו. אנו נוטים לדמיין שאנו יורשים גנים מסוימים מהורינו, סבא וסבתא וכן הלאה, וכי אלה מעצבים אותנו בדרכים שקל להבין אותן ולעקוב אחריהן. אבל לא כך עובדת תורשה. כל תכונה מושפעת בדרך כלל ממאות או אלפי גנים שונים, והסביבה שבה הגנים האלה פועלים עושה את כל ההבדל כיצד אנו יוצאים.

אתה מדבר בספר על איך כמה מהשאלות האלה הובאו אליך הביתה כשבתך הראשונה נולדה בשנת 2001. מה המסע האישי שלך אל סיפור התורשה?
בשנת 2000 אשתי הייתה בהריון עם הילד הראשון שלנו, והרופא שלנו ביקש שנלך ליועצת גנטית. חשבתי שזה חסר טעם. אבל היועץ התחיל לשאול אותי שאלות ופתאום הבנתי שיש לי ממש הבנה נוראית בהיסטוריה המשפחתית שלי. הרגשתי בושה וחסרת אחריות, כי הנה הילד הזה שירש הרבה מהגנים שלי. זו הייתה הפעם הראשונה שהתורשה עברה ממשהו שלמדתי עליו בכיתה לאחד הדברים החשובים ביותר בקיומי.

לקשר בין התכונות שלנו לגנים עדיין יש קונוטציות רעות עבור אנשים מסוימים. למה?
במאה ה-19, אנשים כמו צ'רלס דרווין ופרנסיס גלטון הגדירו את התורשה בפעם הראשונה כשאלה מדעית, ועד תחילת המאה ה-20 היו שחשבו שמצאו את התשובה השלמה בגנטיקה. בטווח הקצר הייתה לזה השפעה חברתית נוראית, כיוון שמספר מדענים ופוליטיקאים הרגישו שאנחנו יודעים מספיק כדי לשלוט בתורשה לשיפור החברה: לעסוק באאוגניקה.

שאלות התבערה האלה לא נעלמו. הקשרים בין גנים לאינטליגנציה או גזע עדיין מתלבטים בחום. מה דעתך על הקשרים האלה?
יש הרבה דרכים שונות להגדיר אינטליגנציה, אבל המבחנים כן מודדים גורם שיציב לאורך חייהם של אנשים ושחלקו הוא תורשתי. זוהי תוצאה מוצקה, הן ממחקרים של תאומים והן כעת כאשר אנו מסתכלים ישירות על גנים.

אולם הסביבה בהחלט משפיעה גם על התוצאות. קח גובה. זה הרבה יותר תורשתי מאינטליגנציה, אבל כל גן בממוצע רק גורם לאנשים לגובה שמיני סנטימטר או פחות, ויש למעלה מ -3,000 גרסאות גנטיות נפוצות שמשפיעות על הגובה. מצד שני, כולם ברחבי העולם היום גבוהים בכמה סנטימטרים ממה שהם היו לפני כמה מאות שנים, ואין לזה שום קשר לגנטיקה. זה קשור לאוכל טוב יותר, רפואה טובה יותר, מערכות בריאות טובות יותר.

לפני מאה שנים, אנשים היו משתמשים בגילוי הגנים כדי לבטל את כל הבעיות העומדות בפני החברה, כמו עוני. הם היו אומרים: זה רק גנטי, והדבר היחיד שאנחנו יכולים לעשות כדי לשפר את זה הוא להתחיל לעקר אנשים.

אחת הדרכים העיקריות של התמונה שלנו השתנה בשנים האחרונות הוא הרעיון של אפיגנטיקה: כיצד פועלים וכיבים גנים בתאים שונים בנקודות התפתחות וחיינו השונים. עד כמה זה חשוב?
השפעות מהסביבה יכולות להפעיל ולכבות גנים בצורה ארוכת טווח, ואפיגנטיקה היא מה שגורם לזה לקרות. אז איך נראה הפרופיל האפיגנטי שלך כשאתה בן 50 תלוי בחיים שלך - האפשרויות השונות ואירועי המזל הטובים והרעים שהיו לך.

היו כמה מחקרים המצביעים על כך שהשפעות אפיגנטיות יכולות לעבור בתורשה - אבל זה שנוי במחלוקת. אתה מאמין לזה?
האפשרות של תורשה אפיגנטית משכרת משום שהיא מעלה את האפשרות שחוויות יכולות לייצר שינויים ביולוגיים שעוברים לאחר מכן לדורות הבאים. זה לגמרי כבש את התרבות הפופולרית בסערה. עכשיו יש לנו טיפוח עור אפיגנטי, יוגה אפיגנטית ... ראיתי ספר של פסיכותרפיסט שטוען שאתה יכול לרפא את הנפש שלך על ידי טיפול בטראומות של סבא וסבתא שהועברו אליך.

אבל יש הרבה ספקנות בקהילה המדעית לגבי הראיות לכך בבני אדם. הניסויים מושכים, אבל המחקרים קטנים, ההשפעות קטנות, הם לא שוכפלו, והם באמת מאמצים את הדמיון כי צריך לחשוב מחדש על הרבה ביולוגיה בסיסית רק כדי שהרעיון יעבוד.

סיפור התורשה עשוי להשתנות על ידי העובדה שאנו יכולים כעת לערוך גנומים. האם עלינו?
אל לנו לנסות לחפש בגנים שלנו דרך מהירה ופשוטה לשפר את החיים. ישנם מספר מקרים שבהם זה הולך להיות המקרה, אך רבים נוספים היכן שלא. לדוגמה, מחלת הנטינגטון או אנמיה חרמשית הן מחלות מסכנות חיים המקודדות על ידי מוטציה גן בודדת. אתה יכול לדמיין טיפול במישהו שנולד עם אנמיה חרמשית על ידי כתיבה מחדש של מעט DNA בתאים שלו כדי לתת לו אספקה ​​של תאי דם שאין להם את המוטציה הזו, ובתיאוריה הם צריכים להחלים ולנהל חיים ארוכים ובריאים. קשה להתווכח עם זה.

אבל כשאתה מתערב בגוש זעיר של תאים עובריים באופן שיעביר את הדנ"א שהשתנה לדורות הבאים, עליך לחשוב מה יכולות להיות ההשפעות הרחבות יותר. הסיכון יכול להגיע כאשר אנשים קוראים על הגנטיקה של האינטליגנציה ואומרים: "כמה אני צריך לשלם כדי לתכנת את זה לילד שלי?" יהיה קשה לקבל שליטה ממשית על הדברים האלה. אם מדינה אחת תגיד שאנחנו רק מתירים עריכת גנום למחלות תורשתיות קטלניות ותו לא, אז אנשים יכולים פשוט ללכת לאיזו מרפאה במדינה אחרת שבה הם מבטיחים לירח ולכוכבים לילדים שלך. למעשה, זה כבר קורה.

עברת רצף של הגנום שלך. מה גילית?
הסיכוי להסתכל על הגנום שלי היה מרגש ומפחיד בו זמנית. התברר שלא מצאתי ממה לדאוג במיוחד. אבל למדתי הרבה על ה- DNA שלי. גיליתי בדיוק אילו פיסות DNA ירשתי מהניאנדרטלים וכיצד הם עשויים להשפיע על הבריאות שלי. למדתי שחסרים לי נתחי DNA עצומים שנמצאו באנשים אחרים. ולמדתי גם כמה קשה להפיק לקחים מרצף ה- DNA הייחודי שלך.

האם מותר לאנשים לבצע בדיקות אלה מבלי להבין היטב את ההשלכות האמיתיות של מידע זה?
זהו סוג של מערב פרוע. חברות, במידה רבה או פחותה, יספקו אזהרות לגבי המידע שאתה עשוי לקבל וכיצד להתמודד איתו. לדוגמה, יש אנשים שמגלים שהמשפחה הקרובה שלהם היא לא מה שהם חשבו שהיא - אולי האדם שחשבתם שהוא אבא שלכם לא. אלה הדברים שהבדיקות יכולות לחשוף בצורה די ברורה, והן עלולות להיות הרסניות.

המקום שבו הדברים הופכים להיות קצת יותר בעייתיים הוא כאשר אנשים מנסים לקרוא איזושהי משמעות עמוקה לתוך התוצאות לגבי מוצאם. נניח שמישהו מוצא שהוא חלק איטלקי כשחשב שהוא רק גרמני ואירי. זה לא הגיוני להתחיל לפרוץ את הפסטה שמעולם לא אהבת - כאילו ה- DNA שלך נושא תרבות עליה. פשוט לא כך הדברים עובדים.

ככל שאנו מבינים יותר כיצד פועלת התורשה למעשה ועל הערכים שלנו בנוגע לתורשה, כך יש לנו יותר ניסיון בדברים האלה.


ארבעת המושגים בחוק ההפרדה

אוולין ביילי - תמונת HD מבוססת על תמונה מקורית מאת סטיב ברג

כאמור, חוק ההפרדה של מנדל קובע כי זוגות אללים נפרדים או נפרדים במהלך היווצרות הגמטות, ומתאחדים באופן אקראי בהפריה. בעוד שהזכרנו בקצרה את ארבעת המושגים העיקריים הכרוכים ברעיון זה, בואו נחקור אותם בפירוט רב יותר.


ה-DNA של קרל הגדול והמלכות האוניברסלית שלנו

אף אחד בעבר שלי לא היה מפורסם במיוחד, לפחות שאני מכיר. אני זוכר במעורפל כי אב קדמון שלי ששלח אליה את הבית מייפלאואר הבדל את עצמו בכך שנפל מהספינה והיה עליו לדוג מחוץ למים. הוא עשוי להיות בולט, אני מניח, אבל בקושי מפורסם. הרבה יותר כיף לחשוב שאני צאצא של דם קרל הגדול. ובשנת 1999, ג'וזף צ'אנג נתן לי רשות לחשוב כך.

צ'אנג לא היה גנאלוג שהחליט להפוך אותי לפרויקט האישי שלו. במקום זאת, הוא סטטיסטיקאי בייל שאוהב לחשוב על גנאלוגיה כבעיה מתמטית. כשאתה מצייר את אילן היוחסין שלך, אתה עושה מעצמך שני שורות בחזרה לכל אחד מהוריך. לאחר מכן עליך לצייר שני קווים לכל אחד מהם, בחזרה לארבעת הסבים והסבתות שלך. ואז שמונה סבים, שישה עשר סבים רבא וכדומה. אבל לא כך הרבה זמן. אם חוזרים לתקופת קרל הגדול, ארבעים דורות בערך, כדאי להגיע לדור של טריליון אבות. זה בערך פי אלפיים יותר אנשים ממה שהיה קיים על פני כדור הארץ כשקרל הגדול היה בחיים.

הדרך היחידה לצאת מפרדוקס זה היא להניח שאבותינו אינם תלויים זה בזה. כלומר, אם אתה עוקב אחר מוצאם בחזרה, אתה חוזר לאב קדמון משותף. אנחנו לא מדברים כאן על דברים של בן דוד ראשון - יותר כמו בן דוד בן עשרים. המשמעות היא שבמקום לצייר עץ שמעריץ החוצה באופן אקספוננציאלי, עלינו לצייר שטיח דמוי רשת.

במאמר שפרסם בשנת 1999 [pdf], צ'אנג ניתח את השטיח הזה מבחינה מתמטית. אם תסתכל על מוצאם של אוכלוסיית אנשים חיה, סיכם, בסופו של דבר תמצא אב קדמון משותף לכולם. זה לא אומר שאישה מיתית אחת ייצרה איכשהו כל אירופאי על ידי הטלת ביצים בצורה קסומה. כל זה אומר שככל שתחזור אחורה בזמן, במוקדם או במאוחר כמה מהשורות בגנאלוגיה יצטלבו, יפגשו באדם יחיד.

ככל שאתה חוזר אחורה בזמן, יותר מהקווים הללו חוצים ככל שאתה פוגש יותר אבות קדמונים משותפים של האוכלוסייה החיה. ואז קורה משהו ממש מעניין. מגיע שלב שבו, כתב צ'אנג, "כל האנשים שיש להם כל הצאצאים בין הפרטים של היום הם למעשה אבותיהם של את כל אנשים של היום. "

בשנת 2002 כתב העיתונאי סטיבן אולסון מאמר ב אטלנטי על עבודתו של צ'אנג. כדי לשים קצת בשר אמפירי על העצמות המופשטות של מחקרו של צ'אנג, אולסון שקל קבוצה של אנשים אמיתיים - אירופאים חיים.

האב הקדמון המשותף האחרון של כל אירופאי כיום (פרט למהגרים האחרונים ליבשת) היה מי שחי באירופה בעבר הקטן והמפתיע - רק לפני כ-600 שנה. במילים אחרות, לכל האירופאים החיים כיום יש בין אבותיהם אותו גבר או אישה שחיו בסביבות שנת 1400. לפני תאריך זה, על פי המודל של צ'אנג, מספר האבות המשותפים לכל האירופאים כיום גדל, עד לפני כאלף שנה, מצב מוזר שרר: 20 אחוזים מהאירופאים הבוגרים החיים ב -1000 יתגלו כאבותיהם של איש שאינו חי כיום (כלומר, לא היו להם ילדים או שכל צאצאיהם מתו בסופו של דבר ללא ילדים) כל אחד מ -80 האחוזים הנותרים יפנה להיות אב קדמון ישיר לכל אירופה שחיה כיום.

לפתע, אילן היוחסין שלי נראה קלאסי יותר: אני צאצא של קרל הגדול. כמובן, כך גם כל אירופאי אחר. אגב, אני גם צאצא של נפרטיטי. וכך גם אתה וכל השאר על כדור הארץ כיום. צ'אנג הבין זאת על ידי הרחבת המודל שלו מאירופים חיים לבני אדם חיים, וקיבל הערכה של 3400 שנים במקום אלף עבור דור האבות.

דברים השתנו מאוד בארבע עשרה השנים מאז פרסם צ'אנג את המאמר הראשון שלו על מוצא. מדענים צברו מאגרי מידע עצומים של מידע גנטי על אנשים בכל רחבי העולם. זה אולי לא אותו דבר כמו גנאלוגיה מלאה של המין האנושי, אבל גנטיקאים עדיין יכולים להשתמש בהם כדי להתמודד עם כמה מאותן שאלות שסקרן את צ'אנג.

לאחרונה החליטו שני גנטיקאים, פיטר ראלף מאוניברסיטת דרום קליפורניה וגרהם קופ מאוניברסיטת קליפורניה בדייוויס, להסתכל על מוצא אירופה. הם ניצלו אוסף של מידע על 2257 אנשים מרחבי היבשת. מדענים בחנו חצי מיליון אתרים בדנ"א של כל אדם, ויצרו רשימה ייחודית של סמנים גנטיים לכל אחד מהם.

אתה יכול להשתמש במידע גנטי מסוג זה כדי להסיק מסקנות גנאלוגיות, אך עליך לדעת עם מה אתה מתמודד. הדנ"א שלך אינו עותק של ההורים שלך. בכל פעם שהם הכינו ביצים או זרע, הם ערבבו את שני העותקים של כל אחד מכרומוזומיהם והכניסו אחד לתא. כשם שסיפון חדש נהיה יותר מקושקש ככל שאתה מערבב אותו יותר, הכרומוזומים מתערבבים יותר מדור לדור.

זה אומר שאם אתה משווה את ה-DNA של שני אנשים, תמצא כמה נתחים זהים ברצף. ככל שאנשים קרובים יותר, כך תמצאו את הנתחים הגדולים יותר. תרשים זה מראה כיצד שני בני דודים ראשונים חולקים פיסת DNA זהה במוצאה (בקיצור IBD).

ראלף וקופ זיהו 1.9 מיליון מקטעי DNA משותפים ארוכים אלה המשותפים לשני אנשים לפחות במחקרם. לאחר מכן הם השתמשו באורך של כל קטע כדי להעריך כמה זמן הוא נבע מאב קדמון משותף של האירופאים החיים.

תוצאותיהם, שפורסמו היום ב PLOS ביולוגיה, שניהם מאשרים את גישתו המתמטית של צ'אנג ומעשירים אותה. אפילו באלף השנים האחרונות, מצאו ראלף וקופ, אנשים משני צדי היבשת חולקים הרבה מקטעים משותפים - כל כך הרבה, למעשה, שאי אפשר מבחינה סטטיסטית לקבל את כולם מאב קדמון אחד. במקום זאת, מישהו בטורקיה ומישהו באנגליה צריכים לחלוק הרבה אבות. למעשה, כפי שחשד צ'אנג, הדרך היחידה להסביר את ה- DNA היא להסיק כי כל מי שחי לפני אלף שנה שיש לו צאצאים כיום הוא אב קדמון של כל אירופאי. קרל הגדול לכולם!

אם תשווה שני אנשים בטורקיה, תמצא מקטעים משותפים יותר של DNA, וזה לא מפתיע. מכיוון שהם חיים באותה מדינה, רוב הסיכויים שיש להם אבות קדומים יותר, ועוד רבים מהם. אבל יש דפוס עשיר ומסקרן למספר הקטעים המשותפים בקרב האירופאים. לאנשים ברחבי מזרח אירופה, למשל, יש קבוצה גדולה יותר של פלחים משותפים מאשר אנשים ממדינות בודדות במערב אירופה. ההבדל הזה עשוי להיות החתימה של התרחבות גדולה של הסלאבים.

המחקר של ראלף וקופ עשוי לספק כלי חדש לשחזור ההיסטוריה של בני האדם בכל יבשת, לא רק באירופה. זה גם כנראה ישאיר אנשים לתמוה לגבי מורכבות הגנאלוגיה. אם האירופאים כיום חולקים את אותם אבות לפני אלף שנה, למשל, מדוע לא כולם נראים אותו דבר?

למרבה המזל, ראלף וקופ כתבו שאלות נפוצות לעיתון שלהם, שתוכל למצוא כאן.

עדכון: התאמת הדורות המשוערים מאז הקרל הגדול לשלושים. תיקן את הזיקה של ראלף.


חוויות סבתא השאירו חותם על הגנים שלכם

דרווין ופרויד נכנסים לבר. שני עכברים אלכוהוליסטים - אם ובנה - יושבים על שני כסאות בר, מטיפים ג'ין משני אצבעונים.

העכבר האם מרימה את מבטה ואומרת, "היי, גאונים, ספרו לי איך הבן שלי הגיע למצב המצער הזה."

"ירושה רעה", אומר דרווין.

במשך למעלה ממאה שנים, שתי ההשקפות הללו - טבע או טיפוח, ביולוגיה או פסיכולוגיה - הציעו הסברים מנוגדים לאופן שבו התנהגויות מתפתחות ומתמשכות, לא רק בתוך אדם יחיד אלא לאורך דורות.

ואז, בשנת 1992, שני מדענים צעירים שהלכו בעקבות פרויד ודרווין אכן נכנסו לבר. וכשהם יצאו החוצה, כמה בירות מאוחר יותר, הם החלו ליצור סינתזה מהפכנית חדשה לאופן שבו חוויות חיים יכולות להשפיע ישירות על הגנים שלכם - ולא רק על חוויות החיים שלכם, אלא של אלה של אמכם, סבתא ומחוצה לה.

הבר היה במדריד, שם קיים מכון קג'אל, המרכז האקדמי הוותיק ביותר בספרד לחקר הנוירוביולוגיה, פגישה בינלאומית. משה שיף, ביולוג מולקולרי וגנטיקאי באוניברסיטת מקגיל במונטריאול, מעולם לא למד פסיכולוגיה או נוירולוגיה, אך עברו אליו דיבר עמית שחשב שעבודתו עשויה ליישם. כמו כן, מייקל מייני, נוירוביולוג מקגיל, נדון להשתתף על ידי אותו עמית, שחשב שהמחקר של מייני על מודלים של הזנחה אימהית של בעלי חיים עשוי להועיל מנקודת המבט של שיף.

"אני עדיין יכול לדמיין את המקום - זה היה בר פינתי שהתמחה בפיצה", אומר מייני. "משה, כשר, התעניין בקלוריות כשרות. בירה כשרה. משה יכול לשתות בירה בכל מקום. ואני אירי. אז זה היה מושלם."

השניים ניהלו שיחה מונפשת על קו מחקר חדש וחם בגנטיקה. מאז שנות ה-70, חוקרים ידעו שסלילי ה-DNA הפצועים בחוזקה בתוך גרעין כל תא דורשים משהו נוסף כדי לומר להם בדיוק אילו גנים לתמלל, בין אם לתא לב, לתא כבד או לתא מוח.

אלמנט אחד נוסף הוא קבוצת המתיל, מרכיב מבני נפוץ של מולקולות אורגניות.קבוצת המתיל פועלת כמו מציין מקום בספר בישול, ומתחברת לדנ"א בתוך כל תא כדי לבחור רק את המתכונים האלה - גנים - הדרושים לחלבונים של התא המסוים. מכיוון שקבוצות מתיל מחוברות לגנים, השוכנות לצד קוד ה- DNA הסליל הכפול, אך נפרדות מהן, השדה זכה לכינוי אפיגנטיקה, מהקידומת epi (יוונית מעל, חיצונית, למעלה).

במקור האמינו כי שינויים אפיגנטיים אלה מתרחשים רק במהלך התפתחות העובר. אבל מחקרים חלוציים הראו שניתן להוסיף ל-DNA במבוגרים מולקולריים, מה שגורם למפל של שינויים תאיים שגרמו לסרטן. לפעמים קבוצות מתיל המחוברות ל-DNA הודות לשינויים בתזונה בפעמים אחרות, נראה היה שחשיפה לכימיקלים מסוימים היא הסיבה. Szyf הראה כי תיקון שינויים אפיגנטיים באמצעות תרופות יכול לרפא סרטן מסוים בבעלי חיים.

גנטיקאים הופתעו במיוחד לגלות כי ניתן לעבור שינוי אפיגנטי מהורה לילד, דור אחד לאחר הדור. מחקר של רנדי ג'ירטל מאוניברסיטת דיוק הראה שכאשר עכברים נקבות ניזונים מתזונה עשירה בקבוצות מתיל, פיגמנט הפרווה של הצאצאים הבאים משתנה לצמיתות. ללא כל שינוי ב- DNA כלל, ניתן היה להוסיף או להפחית קבוצות מתיל, והשינויים עברו בירושה בדומה למוטציה בגן.

במקור האמינו כי שינויים אפיגנטיים אלה מתרחשים רק במהלך התפתחות העובר. אך מחקרים פורצי דרך הראו כי ניתן להוסיף ל- DNA בבגרות חיידקים מולקולריים, מה שמוביל למפל של שינויים בתאים שגורמים לסרטן. לפעמים קבוצות מתיל המחוברות ל- DNA הודות לשינויים בתזונה בפעמים אחרות, נראה כי החשיפה לכימיקלים מסוימים היא הסיבה לכך. שיף הראה שתיקון שינויים אפיגנטיים באמצעות תרופות יכול לרפא סוגי סרטן מסוימים בבעלי חיים.

גנטיקאים הופתעו במיוחד לגלות כי ניתן לעבור שינוי אפיגנטי מהורה לילד, דור אחד לאחר הדור. מחקר שנערך על ידי רנדי ג'ירטל מאוניברסיטת דיוק הראה שכאשר עכברים נקבים מוזנים בתזונה עשירה בקבוצות מתיל, פיגמנט הפרווה של הצאצאים הבאים משתנה לצמיתות. ללא כל שינוי ב- DNA כלל, ניתן היה להוסיף או להפחית קבוצות מתיל, והשינויים עברו בירושה בדומה למוטציה בגן.

כעת, בבר במדריד, סיף ומייני חשבו על השערה בלתי סבירה כמו שהיא עמוקה: אם תזונה וכימיקלים יכולים לגרום לשינויים אפיגנטיים, האם חוויות מסוימות - הזנחת ילדים, שימוש בסמים או מתחים קשים אחרים - עלולות לגרום לשינויים אפיגנטיים ה-DNA בתוך הנוירונים של המוח של אדם? השאלה הזו התבררה כבסיס לתחום חדש, אפיגנטיקה התנהגותית, כעת כה תוסס שהוליד עשרות מחקרים והציע טיפולים חדשים ומעמיקים לריפוי המוח. על פי התובנות החדשות של אפיגנטיקה התנהגותית, חוויות טראומטיות בעברנו, או בעברם של אבותינו האחרונים, משאירות צלקות מולקולריות הדבקות ב- DNA שלנו. יהודים שסבא וסבתא שלהם נרדפו מהעיירות הרוסיות שלהם סינים שסבא וסבתא שלהם חיו בפגעי המהפכה התרבותית מהגרים צעירים מאפריקה שהוריהם שרדו טבח מבוגרים מכל אתני שגדלו עם הורים אלכוהוליסטים או מתעללים-כולם נושאים איתם יותר מסתם זיכרונות.

כמו סחף שהופקד על גלגלי השיניים של מכונה מכווננת היטב לאחר נסיגת מי הים של צונאמי, החוויות שלנו ושל אבותינו לעולם אינן נעלמו, גם אם נשכחו. הם הופכים לחלק מאיתנו, לשאריות מולקולריות שמחזיקות בפיגום הגנטי שלנו. ה-DNA נשאר זהה, אבל נטיות פסיכולוגיות והתנהגותיות עוברות בתורשה. יכול להיות שירשת לא רק את הברכיים המסובכות של סבתא שלך, אלא גם את נטייתה לדיכאון הנגרמת מההזנחה שספגה כילוד.

או שלא. אם סבתא שלך אומצה על ידי הורים מטפחים, אולי אתה נהנה מהדחיפה שהיא קיבלה בזכות האהבה והתמיכה שלהם. מנגנוני האפיגנטיקה ההתנהגותית עומדים בבסיס לא רק חסרונות וחולשות אלא גם נקודות חוזק וחוסן. ולמי שאי -מזל מזלי לרדת מסבא וסבתא אומללים או מונעים, טיפולים תרופתיים חדשים יכולים לאפס לא רק את מצב הרוח, אלא גם את השינויים האפיגנטיים עצמם. כמו שמלת הוינטג' של סבתא, אתה יכול ללבוש אותה או לשנות אותה. הגנום ידוע זה מכבר כתוכנית החיים, אך האפיגנום הוא סכימת חרוט א 'של החיים: לנער אותו מספיק חזק, ותוכל לנגב את הקללה המשפחתית.


אפיגנטיקה בין הדורות: אנו יורשים יותר מסתם גנים

אנו יותר מסכום הגנים שלנו. מנגנונים אפיגנטיים המאופנים על ידי רמזים סביבתיים כגון תזונה, מחלות או אורח החיים שלנו לוקחים תפקיד מרכזי בוויסות ה- DNA על ידי הפעלה וכיבוי של גנים. התווכחו כבר זמן רב אם שינויים אפיגנטיים שהצטברו לאורך כל החיים יכולים לחצות את גבול הדורות ולהעביר בירושה לילדים או אפילו לנכדים. כעת חוקרים ממכון מקס פלאנק לאימונוביולוגיה ואפיגנטיקה בפרייבורג מראים עדויות חזקות לכך שלא רק הדנ"א המורש עצמו, אלא גם ההוראות האפיגנטיות התורשתיות תורמות לוויסות ביטוי הגנים בצאצאים. יתר על כן, התובנות החדשות של המעבדה של ניקולה יובינו מתארות לראשונה השלכות ביולוגיות של מידע תורשתי זה. המחקר מוכיח שהזיכרון האפיגנטי של האם חיוני להתפתחות והישרדותו של הדור החדש.

בגופנו אנו מוצאים יותר מ -250 סוגי תאים שונים. כולם מכילים את אותם בסיסי DNA בדיוק באותו הסדר, אולם תאי כבד או עצב נראים שונים מאוד ובעלי כישורים שונים. מה שעושה את ההבדל הוא תהליך שנקרא אפיגנטיקה. שינויים אפיגנטיים מסמנים אזורים ספציפיים של ה-DNA כדי למשוך או להרחיק חלבונים המפעילים גנים. לפיכך, שינויים אלה יוצרים, צעד אחר צעד, את הדפוסים האופייניים של רצפי DNA פעילים ולא פעילים עבור כל סוג תא. יתרה מכך, בניגוד לרצף הקבוע של 'אותיות' ב-DNA שלנו, סימנים אפיגנטיים יכולים להשתנות גם במהלך חיינו ותגובה לסביבתנו או לאורח החיים שלנו. לדוגמה, עישון משנה את ההרכב האפיגנטי של תאי הריאה, ובסופו של דבר מוביל לסרטן. השפעות אחרות של גירויים חיצוניים כמו מתח, מחלות או תזונה אמורות להיות מאוחסנות גם הן בזיכרון האפיגנטי של התאים.

זה זמן רב חשבו שהשינויים האפיגנטיים הללו לעולם אינם חוצים את גבול הדורות. מדענים הניחו כי הזיכרון האפיגנטי שהצטבר לאורך כל החיים מתנקה לחלוטין במהלך התפתחות זרע ותאי ביצית. רק לאחרונה קומץ מחקרים עוררו את הקהילה המדעית בכך שהראו כי אכן ניתן להעביר סימנים אפיגנטיים לאורך דורות, אך כיצד בדיוק ואיזה השפעות יש לשינויים הגנטיים הללו בצאצאים עדיין לא מובן. "ראינו אינדיקציות להורשה בין-דורית של מידע אפיגנטי מאז עליית האפיגנטיקה בתחילת שנות התשעים. למשל, מחקרים אפידמיולוגיים גילו מתאם בולט בין אספקת המזון של סבים וסיכון מוגבר לסוכרת ומחלות לב וכלי דם בנכדיהם. מאז לאחר מכן, דיווחים שונים הציעו תורשה אפיגנטית באורגניזמים שונים, אך המנגנונים המולקולריים לא היו ידועים", אומר ניקולה איובינו, מחבר המקביל במחקר החדש.

אפיגנטיקה בין הדורות

הוא וצוותו במכון מקס פלאנק לאימונוביולוגיה ואפיגנטיקה בפרייבורג, גרמניה השתמשו בזבובי פירות כדי לחקור כיצד שינויים אפיגנטיים מועברים מהאם לעובר. הצוות התמקד בשינוי מסוים בשם H3K27me3 שניתן למצוא גם בבני אדם. הוא משנה את מה שנקרא כרומטין, האריזה של ה-DNA בגרעין התא, והוא קשור בעיקר לדיכוי ביטוי גנים.

חוקרי מקס פלאנק מצאו כי שינויים מסוג H3K27me3 שסימנו את ה- DNA של הכרומטין בתאי הביצית של האם עדיין נמצאים בעובר לאחר ההפריה, למרות שסימנים אפיגנטיים אחרים נמחקים. "זה מצביע על כך שהאם מעבירה את הסימנים האפיגנטיים שלה לצאצאיה. אבל התעניינו גם אם הסימנים האלה עושים משהו חשוב בעובר", מסביר פידס זנק, המחבר הראשון של המחקר.

סימנים אפיגנטיים תורשתיים חשובים לעובר

לכן החוקרים השתמשו במגוון כלים גנטיים בזבובי פירות כדי להסיר את האנזים שמציב סימני H3K27me3 וגילו שעוברים חסרי H3K27me3 במהלך ההתפתחות המוקדמת לא יכולים להתפתח עד סוף העובר. "התברר שבשעתוק המידע האפיגנטי אינו רק בירושה מדור לדור, אלא גם חשוב להתפתחות העובר עצמו", אומרת ניקולה יובינו.

כאשר בחנו את העוברים מקרוב, הצוות גילה כי מספר גנים התפתחותיים חשובים שבדרך כלל כבויים במהלך embryogenesis מוקדם הופעלו בעוברים ללא H3K27me3. "הנחנו שהפעלת אותם גנים מוקדם מדי במהלך הפיתוח שיבשה את האמבריוגנזה ובסופו של דבר גרמה למותו של העובר. נראה, למעשה, שיש צורך במידע אפיגנטי בירושה כדי לעבד ולתמלל נכון את הקוד הגנטי של העובר", מסביר פיידס זנק.

השלכות על תורת התורשה ובריאות האדם

עם תוצאות אלה המחקר של חוקרי מקס פלאנק הוא צעד חשוב קדימה ומראה בבירור את ההשלכות הביולוגיות של מידע אפיגנטי תורשתי. לא רק על ידי מתן עדות לכך שניתן לבצע שידורים אפיגנטיים בזבובים לאורך דורות, אלא יתר על כן על ידי חשיפה שסימנים אפיגנטיים המועברים מהאם הם מנגנון מכוון לשליטה על הפעלת הגן במהלך התהליך המורכב של אמבריוגנזה מוקדמת.

הצוות הבינלאומי בפרייבורג משוכנע כי לממצאיהם יש השלכות מרחיקות לכת. "המחקר שלנו מצביע על כך שאנו יורשים יותר מסתם גנים מהורינו. נראה כי אנו מקבלים גם מנגנון ויסות גנים מכוונן וחשוב, שניתן להשפיע מהסביבה שלנו ומאורח החיים האישי שלנו. תובנות אלו יכולות לספק חדשות בסיס לתצפית שלפחות במקרים מסוימים ניתן להעביר התאמות סביבתיות נרכשות על קו הנבט לצאצאינו ", מסבירה ניקולה יובינו. יתרה מכך, מכיוון שהשיבוש במנגנונים האפיגנטיים עלול לגרום למחלות כמו סרטן, סוכרת והפרעות אוטואימוניות, לממצאים חדשים אלו עשויות להיות השלכות על בריאות האדם.


סיבוכים

רבייה

מה אם ההורים קשורים 4? נניח r & prime הוא מקדם הקשר בין ההורים. ילד מקבל חצי מהגנים שלו מהאב וחצי מהאם. בין הגנים שהוא מקבל מהאם, יש סבירות של r&prime שאותם אללים משותפים עם האב. אז הקשר של ילד לאב הוא ½ (גנים מהאב) בתוספת ½ (גנים מהאם) × r&prime (הסתברות שאללים שהועברו מהאם קיימים גם באב). אותו נימוק חל על קרבה לאם. צאצאים קשורים לכל הורה לפי ½+½ r&prime.

מה לגבי אחים כשההורים קשורים? כל אח מקבל חצי מהגנים שלו מכל הורה. גם אם כל ילד היה מקבל רק את הגנים מהאם שהוא לא קיבל מהאבא ולהיפך, הם עדיין היו חולקים R & Prime של האללים שלהם בגלל הקשר בין ההורים. בקצה השני, הם יכולים לחלוק את כל האללים שלהם במקרה הבלתי סביר ששני הילדים יקבלו את אותן קבוצות של גנים מכל הורה. כך שהאללים המשותפים שלהם יכולים לנוע בין r & prime ל- 1 או בכל מקום בין לבין. זה ממוצע ל (r & prime+1)/2, אז r = (r & prime+1)/2, או r = & frac12+& frac12 r & prime.

באופן כללי, כשהורים קשורים זה לזה על ידי r&prime, הם קשורים לצאצאים שלהם על ידי ½+½ r&prime וצאצאים אלו קשורים לאחיהם על ידי ½+½ r&prime. כאשר אין רבייה, r & prime = 0 ואנו מקבלים את r = & frac12 הרגיל לקשר בין הורה לילד ואחיות.

משפחות מעורבות

מה עם אחים למחצה, שחולקים רק הורה אחד? הורים עדיין קשורים לצאצאים של & frac12, אך אחים קשורים רק ל- frac14. לכל הפחות, הם עשויים לחלוק אללים (במקרה הבלתי סביר שהם יקבלו קבוצות גנים שונות לחלוטין מההורה המשותף). לכל היותר, הם יכלו לשתף ולפרק 12 מהאללים שלהם (במקרה הבלתי סביר ששניהם יקבלו את אותם הגנים מהוריהם המשותף). אז שיתוף אללים נע בין 0 ל-½, שממוצע ל-¼, אז r = ¼ בקרב אחים למחצה.

הפלודיפלואידיה

אצל דבורים, צרעות ונמלים הנקבות הן דיפלואידיות והזכרים הפלואידים 5. נקבה (או מלכה) רבייה מעבירה מחצית מהגנים שלה לצאצאיה, בעוד שזכר עובר את כל מהגנים שלו לבנות. (אין לו בנים, מכיוון שזכרים מגיעים מביצים לא מופרות.) הזכרים קשורים על ידי & frac12 לאמהותיהם ועל ידי & frac12 לאחים. אחיות קשורות ל- & frac34. לכל הפחות, אחיות חולקות ½ מהאללים שלהן (כולם בירושה מאביהן, ללא גנים משותפים מהמלכה). לכל היותר הם יכלו לחלוק את כל האללים שלהם (חצי מאביהם, בתוספת גנים זהים לחלוטין מהמלכה). אז שיתוף אללים נע בין ½ ל-1, שהוא בממוצע ל-¾, אז r = ¾ בקרב אחיות.

מלכות במינים רבים של חרקים חברתיים מזדווגות עם מספר זכרים, ולכן הקשר דרך האב פוחת. אחיות במושבות אלו קשורות ביותר מ-½ אך פחות מ-¾ בממוצע. במקרים מסוימים, יש אפילו מספר מלכות, מה שמפחית את הקשר הממוצע עוד יותר. לשני הסיבוכים הללו יש השפעות מעניינות על שיתוף פעולה וקונפליקטים בחרקים חברתיים.


האם אנחנו מקבלים 1/4 מהגנים שלנו מכל סבא וסבתא? - ביולוגיה

הגנטיקה של מנדל

סוסים מבויתים הכלאיים


במשך אלפי שנים חקלאים ורועים מגדלים באופן סלקטיבי את הצמחים והחיות שלהם כדי לייצר הכלאות שימושיות יותר. זה היה תהליך של להיט או החמצה מכיוון שהמנגנונים בפועל של השליטה בירושה לא היו ידועים. הידע על המנגנונים הגנטיים הללו הגיע לבסוף כתוצאה מניסויי רבייה מדוקדקים במעבדה שבוצעו במהלך המאה וחצי האחרונות.

גרגור מנדל
1822-1884

בשנות ה -90 של המאה ה -19, המצאת מיקרוסקופים טובים יותר אפשרה לביולוגים לגלות את העובדות הבסיסיות של חלוקת תאים ורבייה מינית. מוקד המחקר הגנטי עבר אז להבנת מה באמת קורה בהעברת תכונות תורשתיות מהורים לילדים. מספר השערות הוצעו כדי להסביר תורשה, אך גרגור מנדל, נזיר מרכז אירופי מעט ידוע, היה היחיד שהבין פחות או יותר נכון. רעיונותיו פורסמו בשנת 1866 אך ברובם לא הוכרו עד שנת 1900, זמן רב לאחר מותו. חייו הבוגרים המוקדמים עברו באפלה יחסית במחקר גנטיקה בסיסי ובהוראת מתמטיקה, פיזיקה ויוונית בתיכון בברנו (כיום בצ'כיה). בשנותיו האחרונות, הוא הפך לאב המנזר שלו והניח בצד את עבודתו המדעית.

אפונה אכילה נפוצה

בעוד שהמחקר של מנדל עסק בצמחים, העקרונות הבסיסיים של התורשה שהוא גילה חלים גם על אנשים ובעלי חיים אחרים מכיוון שמנגנוני התורשה זהים בעצם לכל צורות החיים המורכבות.

באמצעות הכלאה סלקטיבית של צמחי אפונה נפוצים (Pisum sativum) במשך דורות רבים, מנדל גילה שתכונות מסוימות מופיעות בצאצאים ללא כל מיזוג של מאפייני הורה. למשל, פרחי האפונה הם סגולים או לבנים-צבעי ביניים אינם מופיעים בצאצאיהם של צמחי אפונה צולבים. מנדל הבחין בשבע תכונות שניתן לזהות בקלות וככל הנראה מתרחשות רק באחת משתי צורות:

1. צבע הפרח הוא סגול או לבן 5. צבע הזרע הוא צהוב או ירוק
2. מיקום הפרח הוא שחי או סופי 6. צורת התרמילים מנופחת או מכווצת
3. אורך הגבעול ארוך או קצר 7. צבע התרמיל הוא צהוב או ירוק
4. צורת הזרע עגולה או מקומטת

תצפית זו שתכונות אלה אינן מופיעות בצמחי צאצאים בעלי צורות ביניים הייתה חשובה מבחינה קריטית מכיוון שהתיאוריה המובילה בביולוגיה באותה תקופה הייתה שתכונות תורשתיות משתלבות מדור לדור. רוב המדענים המובילים במאה ה-19 קיבלו את "תיאוריית המיזוג" הזו. צ'ארלס דרווין הציע תיאוריה נוספת שגויה לא פחות, המכונה "pangenesis". זה קבע ש"חלקיקים" תורשתיים בגופנו מושפעים מהדברים שאנו עושים במהלך חיינו. חלקיקים שהשתנו נחשבו כי הם נודדים דרך הדם לתאי הרבייה ובהמשך הם יכולים לעבור בירושה על ידי הדור הבא. זה היה בעצם וריאציה של הרעיון הלא נכון של למרק לגבי & ירושת המאפיינים הנרכשים. & Quot

מנדל קטף צמחי אפונת גינה נפוצים למוקד מחקרו מכיוון שניתן לגדל אותם בקלות במספרים גדולים וניתן לתמרן את רבייתם. לצמחי אפונה יש איברי רבייה זכרים ונקביים כאחד. כתוצאה מכך, הם יכולים להאבק את עצמם או להאבקה עם צמח אחר. בניסויים שלו, מנדל הצליח להאביק באופן סלקטיבי צמחים גזעיים בעלי תכונות מיוחדות ולבחון את התוצאה לאורך דורות רבים. זה היה הבסיס למסקנותיו לגבי אופי התורשה הגנטית.

בצמחים המאביקים צולבים המייצרים זרעי אפונה צהובים או ירוקים באופן בלעדי, מצא מנדל שלדור הצאצאים הראשון (f1) יש תמיד זרעים צהובים. עם זאת, הדור הבא (f2) יש בעקביות יחס של 3: 1 של צהוב לירוק.

יחס 3:1 זה מתרחש גם בדורות מאוחרים יותר. מנדל הבין שהסדירות הבסיסית הזו היא המפתח להבנת המנגנונים הבסיסיים של הירושה.

הוא הגיע לשלוש מסקנות חשובות מתוצאות הניסוי הללו:

1. שההורשה של כל תכונה נקבעת על ידי "unis"או "factoren" המועברים לצאצאים ללא שינוי (יחידות אלה נקראות כיום גנים)
2. שפרט יורש יחידה אחת כזו מכל הורה עבור כל תכונה
3. שאולי תכונה לא מופיעה אצל אדם אך עדיין ניתן להעביר אותה לדור הבא.

חשוב להבין שבניסוי זה, צמחי האב ההתחלתיים היו הומוזיגוטי לצבע זרע האפונה. כלומר, לכל אחת מהן היו שתי צורות זהות (או אללים ) של הגן לתכונה זו-2 צהובים או 2 ירוקים. הצמחים בדור ה- f1 היו כולם הטרוזיגוט . במילים אחרות, כל אחד מהם ירש שני אללים שונים - אחד מכל צמח אב. זה נהיה ברור יותר כשאנחנו מסתכלים על ההרכב הגנטי בפועל, או גנוטיפ , של צמחי האפונה במקום רק של פנוטיפ , או מאפיינים פיזיים שניתנים לצפייה.

שים לב שכל אחד מצמחי הדור f1 (המוצג לעיל) ירש אלל Y מהורה אחד ואלל G מהשני. כאשר צמחי f1 מתרבים, לכל אחד מהם יש סיכוי שווה להעביר אלל Y או G לכל צאצא.

עם כל שבע תכונות צמח האפונה שמנדל בדק, הופיעה צורה אחת דוֹמִינָנטִי מעל השני, כלומר זה הסתיר את נוכחותו של האלל השני. לדוגמה, כאשר הגנוטיפ לצבע זרעי האפונה הוא YG (הטרוזיגוט), הפנוטיפ צהוב. עם זאת, האלל הצהוב הדומיננטי אינו משנה את רצסיבי ירוק בכל דרך שהיא. ניתן להעביר את שני האללים לדור הבא ללא שינוי.

ניתן לסכם את התצפיות של מנדל מניסויים אלה בשני עקרונות:

על פי עקרון ההפרדה , עבור כל תכונה מסוימת, זוג האללים של כל הורה נפרד ורק אלל אחד עובר מכל הורה לצאצא. איזה אלל בזוג האללים של הורה עובר בתורשה הוא עניין של מקרה. כעת אנו יודעים כי הפרדה זו של אללים מתרחשת במהלך תהליך היווצרות תאי המין (כלומר, מיוזה).

הפרדה של אללים בייצור תאי מין

על פי עקרון מבחר עצמאי , זוגות שונים של אללים מועברים לצאצאים ללא תלות זה בזה. התוצאה היא ששילובים חדשים של גנים הקיימים באף אחד מההורים אינם אפשריים. לדוגמא, ירושתו של צמח אפונה מהיכולת לייצר פרחים סגולים במקום לבנים אינה גורמת לסבירות גבוהה יותר שהוא יירש גם את היכולת לייצר זרעי אפונה צהובה בניגוד לירוקים. באופן דומה, העיקרון של מבחר עצמאי מסביר מדוע תורשה אנושית של צבע עיניים מסוים אינה מגדילה או מקטינה את הסבירות ל-6 אצבעות בכל יד. כיום, אנו יודעים שזה נובע מהעובדה שהגנים לתכונות מגוונות באופן עצמאי ממוקמים על כרומוזומים שונים.

שני עקרונות הירושה הללו, יחד עם ההבנה של ירושת היחידות והדומיננטיות, היו ראשיתו של מדע הגנטיקה המודרני שלנו. עם זאת, מנדל לא הבין שיש חריגים לכללים אלה. חלק מהחרגים הללו ייחקרו בחלק השלישי של הדרכה זו ובמדריך התיאוריה של אבולוציה אבולוציה.

על ידי התמקדות במנדל כאבי הגנטיקה, הביולוגיה המודרנית שוכחת לעתים קרובות שתוצאות הניסוי שלו גם הפריכו את התיאוריה של למרק על ירושת המאפיינים הנרכשים המתוארים במדריך התיאוריות המוקדמות של האבולוציה. מנדל כמעט ולא מקבל קרדיט על כך מכיוון שעבודתו נותרה בלתי ידועה עד הרבה לאחר שרעיונותיו של למארק נדחו בהרחבה כבלתי סבירים.

הערה: כמה ביולוגים מתייחסים ל"עקרונות "של מנדל כ"חוקים".

הערה: אחת הסיבות לכך שמנדל ביצע את ניסויי הרבייה שלו עם צמחי אפונה הייתה שהוא יכול לצפות בדפוסי ירושה עד שני דורות בשנה. גנטיקאים כיום בדרך כלל מבצעים את ניסויי הרבייה שלהם עם מינים שמתרבים הרבה יותר מהר, כך שכמות הזמן והכסף הנדרשים יפחתו באופן משמעותי. זבובי פירות וחיידקים משמשים לרוב למטרה זו כעת. זבובי הפירות מתרבים תוך כשבועיים מהלידה, בעוד שחיידקים, כמו E. coli המצויים במערכת העיכול שלנו, מתרבים תוך 3-5 שעות בלבד.

זכויות יוצרים 1997-2013 מאת דניס אוניל. כל הזכויות שמורות.
נקודות זכות לאיור
תרגום רוסי


צפו בסרטון: Lereditarietà dei caratteri (נוֹבֶמבֶּר 2022).